3.2生态系统的能量流动教学设计-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

课题 第3章 第2节 生态系统的能量流动（2-3个课时） 时间 教材分析 第2节"生态系统的能量流动"包含能量流动的过程，能量流动的特点，生态金字塔和研究能量流动的意义4部分内容。通过本节的学习，学生应该了解各营养级中能量的来源和去路，认识到生态系统中能量流动的规律，能够解释生态金字塔表征的食物网各营养级之间在个体数量，生物量和能量方面的关系。 学情分析 教学目标 1.通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特征。 2.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系。 3.概述研究生态系统能量流动的意义。 4.尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。 教学重难点 1.教学重点 生态系统的能量流动过程。 2.教学难点 (1)分析生态系统能量流动的过程。 (2)尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。 教学内容及流程 学习任务 教学过程 备注 问题探讨 【问题探讨】假设你流落在一个荒岛上，你身边尚存一只母鸡、15kg玉米。哪种生存策略能让你维持更长时间来等待救援？（A） 策略： A.先吃鸡再吃玉米。 B.先吃玉米再吃鸡。 C.先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡 训练学生应用所学知识解决问题的能力。 生态系统的能量流动 【教师讲述】一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命和生态系统。生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。 1.输入： ①能量来源：太阳能 ②能量流动的起点：生产者固定的太阳能 ③流经生态系统的总能量：生产者所固定的全部太阳能（若为人工生态系统，流经生态系统的能量为生产者固定的太阳能总量和人工补充的能量。） ④能量输入过程：生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用）。 2. 传递 ①能量传递的途径（渠道）：食物链和食物网 ②能量传递的形式：有机物中的化学能 3. 转化 4. 散失 ①散失的主要途径：细胞呼吸 ②散失的形式：热能 初步建立能量流动的概念。 科学方法 【教师讲述】研究能量流动的基本思路 · 以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如果个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大。 · 如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，在分析时，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。 · 如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。 问题驱动，层层递进，培养学生系统分析问题的能力。 探讨研究能量流动的基本思路，分析研究能量流动的视角应该在哪个水平上，分别对比以个体、种群和营养级为对象研究能量流动的利弊，由浅入深，循序渐进，让学生理解研究生态系统能量流动的一般思路，为后续环节的学习建立方法论的基础。 能量流动的过程 【教师讲述】 摄入≠流入＝同化=固定 摄入=同化+粪便（上一个营养级的同化量） W1=A1+B1+C1+D1 W1：生产者固定量/同化量 A1：呼吸作用散失的能量 B1：未利用的能量 C1：流向分解者的能量（生产者的遗体残骸和初级消费者的粪便） D1：流向下一个营养级（下一营养级固定的量） 培养学生的建模能力。 能量流动的特点 【思考讨论】分析赛达伯格湖的能量流动 未利用是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。 思考1：从能量传递效率上看，能量为什么不能百分之百从一个营养级流到下一个营养级？ 思考2：生态系统中能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？ 遵循，能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体有机物）中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。 思考3：流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？ 不能，通过呼吸作用、分解者分解作用产生的热能散失到无机环境中，不能循环利用。 （1）从方向上看单向流动 （2）从数值上看逐级递减（能量传递效率为10%～20%） 注意：就具体某一条食物链中相邻两个营养级的能量传递效率可能低于10%或高于20% ·任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。 【拓展延伸】 1. 已知低营养级同化量，求高营养级同化量：最多增重，能量传递效率按20%来算；已知高营养级同化量，求低营养级同化量：最少增重，能量传递效率按10%来算。 2. 多条食物链，已知低营养级同化量，求高营养级：最多消耗，能量传递效率按10%来算；多条食物链，已知高营养级同化量，求低营养级：最少消耗，能量传递效率按10%来算。 3. 多条食物链，已知低营养级同化量，求高营养级 ：获得能量最多选最短食物链，按20%计算；获得能量最少：选最长食物链，按10%计算。 4. 多条食物链，已知高营养级同化量，求低营养级：需最少能量选最短食物链，按20%计算；需最多能量选最长食物链，按10%计算。 由定性分析过渡到定量研究。 加深学生对概念的理解，并强化物质与能量观。 生态金字塔 【教师讲述】生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔。 1.能量金字塔：将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。 ·能量金字塔直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系，由于能量在流动过程中总是逐级递减，因此能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔形。 2.生物量金字塔：生物量指每个营养级所容纳的有机物的总干重，大多也是上窄下宽。 ·在水域生态系统中，生产者(浮游植物)个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，因此，某一时刻调查浮游植物的生物量会低于浮游动物的生物量。此时的生物量金字塔也就成了上宽下窄了。 3.数量金字塔 各营养级的数量关系一般是金字塔，但倒置金字塔的情况也很常见，如一棵树可以养活很多的毛毛虫，这时高营养级数量未必就少。如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，那么数量金字塔会出现倒置。 【比较分析】表格比较分析三种生态金字塔 动手实践，建构能量金字塔模型，加深对能量流动特点的理解。 培养学生获取信息、分析问题的能力。 研究能量流动的意义 【教师讲述】 ①研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。 ②研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。实现了对能量多级利用，从而大大提高能量利用率。（≠能量的传递效率） ③研究生态系统的能量流动，帮助人们合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。 【探究实践】调查当地某生态系统中的能量流动情况 【思维训练】分析和处理数据 1926年，一位生态学家研究一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据 ①这块田共收割玉米约10000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg ②据估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg ③1kg葡萄储存1.6×104kJ能量 ④在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ 通过计算、分析，训练学生的科学思维。 分析具体案例，认识研究生态系统能量流动的实践意义。 培养辩证思维能力和可持续发展理念。 提升科学实践能力和社会责任感。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 3.2生态系统的能量流动 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 通过师生活动，让学生自己建构能量流动的一般过程的概念模型。教师要做一个好的引导者和组织者,帮助学生构建相关概念。每一个营养级中能量的输入、转化和散失，对于学生来说是一个难点,利用教材"思维训练"环节数据的处理和分析,建构能量流经第一营养级的概念模型,提高了学生的分析与综合、抽象与概括、建模的科学思维能力。 要兼顾不同发展水平的学生，明确任务，适时给予指导。比如让学生自己建构能量流动的一般过程的概念模型时，鼓励学生大胆质疑,提出自己的看法。 生态系统中各营养级的能量流动特点对学生来说较为抽象，不易理解。结合教材内容增加活动，设置合理的探究问题,激发学生思考，并与前面学习的内容相呼应,培养学生的物质与能量观。 本节课提供了多个研究数据,如赛达伯格湖的能量流动数据，夏季两个生态系统的生物个体数量统计数据、佛罗里达银泉生态系统生物量统计数据、英吉利海峡生态系统生物量。统计数据等。学生通过分析数据,建构生态金字塔模型;通过分析数量金字塔和生物量金字塔呈现倒金字塔形的原因，理解能量金字塔最适于表达能量流动的特点。 提供农田生态系统的资料,通过问题引导学生从增加能量输入、提高能量利用率和使能量持续高效地流向对人类最有益的部分等方面提出有价值的建议，从而认识研究能量流动的实践意义。 "调查当地某生态系统中的能量流动情况"活动比较耗时，但作为落实科学探究、社会责任等核心素养的抓手,应该尽量进行实地调查。可以拿出一个课时，组织学生分小组设计合理的调查方案。通过展示提前调查获取的照片、记录资料等，让学生进行统计和分析,并尽可能详尽地画出当地某农田生态系统的食物网，绘制该生态系统能量流动的示意图。在研究的基础上，为当地农民提供提高当地农田生态系统生态效益和经济效益的措施。实地调查部分可以作为假期实践作业,小组合作完成后形成调查报告。整理并分析资料、撰写调查报告的过程，能够提高学生发展所需的科学思维、科学探究以及社会责任的素养。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $